JP2017072420A - Structure monitoring system and structure monitoring method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a structure monitoring system and a structure monitoring method capable of accurately monitoring soundness (state) of a structure including metal part.SOLUTION: Disclosed structure monitoring system 1 includes: a magnetic sensor 2 that detects the strength of magnetic field from a structure which includes a metal part by using characteristics of energy transition of an alkaline metal atom; and a control unit 53 that determines the soundness (degree of fatigue of the metal part) of the structure by using the detection result by the magnetic sensor 2.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、構造体モニタリングシステムおよび構造体モニタリング方法に関するものである。   The present invention relates to a structure monitoring system and a structure monitoring method.

鉄筋や鉄骨等の金属部を含む構造体の健全度をモニタリングする構造体モニタリングシステムが知られている(例えば、非特許文献1参照)。   A structure monitoring system that monitors the soundness of a structure including a metal part such as a reinforcing bar or steel frame is known (see, for example, Non-Patent Document 1).

例えば、非特許文献1に記載のシステムは、構造物に加速度センサーを設置し、その加速度センサーの検出結果を用いて構造物の状態(健全性)を確認する。   For example, in the system described in Non-Patent Document 1, an acceleration sensor is installed in a structure, and the state (soundness) of the structure is confirmed using the detection result of the acceleration sensor.

佐藤 貢一、他3名、「構造モニタリングシステムの開発に向けた基礎的検討」、大成建設技術センター報、大成建設株式会社、2010年、第43号Koichi Sato and three others, "Basic study for development of structural monitoring system", Taisei Construction Technology Center Bulletin, Taisei Corporation, 2010, No. 43

非特許文献1に記載のシステムでは、構造物に含まれる鉄筋等の劣化の結果を受けて生じた構造物の振動異常を捉えることができるものの、その振動異常の原因(例えば鉄筋の劣化による振動異常なのか否か)を特定できないという問題があった。   Although the system described in Non-Patent Document 1 can capture a vibration abnormality of a structure that has occurred as a result of deterioration of a reinforcing bar included in the structure, the cause of the vibration abnormality (for example, vibration due to deterioration of the reinforcing bar) There was a problem that it was not possible to specify whether or not it was abnormal.

本発明の目的は、金属部を含む構造体の健全度(状態)をより正確にモニタリングすることができる構造体モニタリングシステムおよび構造体モニタリング方法を提供することにある。   The objective of this invention is providing the structure monitoring system and structure monitoring method which can monitor the soundness (state) of the structure containing a metal part more correctly.

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の構造体モニタリングシステムは、アルカリ金属原子のエネルギー遷移の特性を用いて、金属部を含む構造体からの磁場を検出する磁気センサーと、
前記磁気センサーの検出結果を用いて、前記構造体の健全度を判定する判定部と、を備えることを特徴とする。
Such an object is achieved by the present invention described below.
The structure monitoring system of the present invention includes a magnetic sensor that detects a magnetic field from a structure including a metal part using the energy transition characteristics of alkali metal atoms,
And a determination unit that determines the soundness of the structure using a detection result of the magnetic sensor.

このような構造体モニタリングシステムによれば、アルカリ金属原子のエネルギー遷移の特性を用いて、金属部を含む構造体からの磁場(より具体的には、金属部から金属疲労に伴って生じる磁場)を検出する磁気センサーを用いて、構造体の金属部の疲労状態を判定することができる。そのため、構造体の健全度の判定結果に金属部の疲労状態に関する情報を含めることができ、その結果、金属部を含む構造体の健全度(状態)をより正確にモニタリングすることができる。   According to such a structure monitoring system, the magnetic field from the structure including the metal part (more specifically, the magnetic field generated from the metal part due to metal fatigue) using the energy transition characteristics of alkali metal atoms. The fatigue state of the metal part of the structure can be determined using a magnetic sensor that detects the above. Therefore, information on the fatigue state of the metal part can be included in the determination result of the soundness of the structure, and as a result, the soundness (state) of the structure including the metal part can be monitored more accurately.

本発明の構造体モニタリングシステムでは、前記構造体の振動を検出する振動センサーを備え、
前記判定部は、前記磁気センサーの検出結果に加えて、前記振動センサーの検出結果を用いて、前記健全度を判定することが好ましい。
The structure monitoring system of the present invention includes a vibration sensor for detecting vibration of the structure,
Preferably, the determination unit determines the soundness level using a detection result of the vibration sensor in addition to a detection result of the magnetic sensor.

これにより、構造体の健全度の判定結果に構造体全体の振動異常の有無に関する情報を含めることができる。   Thereby, the information regarding the presence or absence of vibration abnormality of the whole structure can be included in the determination result of the soundness level of the structure.

本発明の構造体モニタリングシステムでは、前記構造体の固有振動に関する振動データを記憶する記憶部を備え、
前記判定部は、前記振動センサーの検出結果と前記振動データとを比較し、その比較結果を用いて、前記健全度を判定することが好ましい。
The structure monitoring system of the present invention includes a storage unit that stores vibration data related to the natural vibration of the structure,
The determination unit preferably compares the detection result of the vibration sensor with the vibration data, and determines the soundness level using the comparison result.

これにより、構造体全体の振動異常の有無を簡単かつ正確に判定して構造体の健全度の判定結果に含めることができる。   Thereby, the presence or absence of vibration abnormality of the whole structure can be determined easily and accurately and included in the determination result of the soundness level of the structure.

本発明の構造体モニタリングシステムでは、前記判定部は、前記磁気センサーの検出結果を用いて、前記金属部の疲労度を判定することが好ましい。   In the structure monitoring system according to the aspect of the invention, it is preferable that the determination unit determines a fatigue level of the metal part using a detection result of the magnetic sensor.

これにより、構造体の健全度の判定結果に金属部の疲労状態に関する情報を含めることができる。   Thereby, the information regarding the fatigue state of a metal part can be included in the determination result of the soundness level of the structure.

本発明の構造体モニタリングシステムでは、前記磁気センサーは、
アルカリ金属が封入されている原子セルと、
前記原子セルに光を照射する光源部と、
前記原子セルを透過した前記光を検出する光検出部と、を有し、
前記原子セル、前記光源部および前記受光部を含んでユニット化された本体部が前記構造体に取り付けられることが好ましい。
In the structure monitoring system of the present invention, the magnetic sensor includes:
An atomic cell encapsulating an alkali metal;
A light source unit for irradiating light to the atomic cell;
A light detection unit for detecting the light transmitted through the atomic cell,
A unit body including the atomic cell, the light source unit, and the light receiving unit is preferably attached to the structure.

これにより、非線形磁気光学効果または電磁誘起透過現象を用いた磁気センサーを実現することができる。また、原子セルを金属部の近くに設置することができ、その結果、金属部からの磁場を高精度に検出することができる。   Thereby, a magnetic sensor using a nonlinear magneto-optical effect or an electromagnetically induced transmission phenomenon can be realized. Also, the atomic cell can be installed near the metal part, and as a result, the magnetic field from the metal part can be detected with high accuracy.

本発明の構造体モニタリングシステムでは、前記磁気センサーは、前記光源部および前記光検出部に電気的に接続されている回路部と、を有し、
前記回路部は、前記本体部と分離していることが好ましい。
In the structure monitoring system of the present invention, the magnetic sensor includes a circuit unit electrically connected to the light source unit and the light detection unit,
It is preferable that the circuit part is separated from the main body part.

これにより、原子セルを含むユニットを回路部に対して構造体の内部側とし、当該ユニットを金属部の近くに容易に設置することができる。   Thereby, the unit including the atomic cell can be set inside the structure with respect to the circuit unit, and the unit can be easily installed near the metal unit.

本発明の構造体モニタリングシステムでは、前記原子セルと前記金属部が並ぶ方向から見たとき、前記原子セルが前記金属部に包含されていることが好ましい。   In the structure monitoring system of the present invention, it is preferable that the atomic cell is included in the metal part when viewed from the direction in which the atomic cell and the metal part are arranged.

これにより、金属部からの磁場を原子セルに好適に作用させることができる。そのため、磁気センサーを用いて、金属部からの磁場を高精度に検出することができる。   Thereby, the magnetic field from a metal part can be made to act on an atomic cell suitably. Therefore, the magnetic field from a metal part can be detected with high accuracy using a magnetic sensor.

本発明の構造体モニタリングシステムでは、前記磁気センサーの検出結果を無線送信する通信部を備えることが好ましい。   In the structure monitoring system of the present invention, it is preferable to include a communication unit that wirelessly transmits the detection result of the magnetic sensor.

これにより、磁気センサーが複数ある場合においても、磁気センサーの検出結果を容易に収集することができる。   Thereby, even when there are a plurality of magnetic sensors, the detection results of the magnetic sensors can be easily collected.

本発明の構造体モニタリングシステムでは、前記通信部は、電池からの電力により駆動することが好ましい。   In the structure monitoring system of the present invention, it is preferable that the communication unit is driven by power from a battery.

これにより、商用電源が無い環境下においても、磁気センサーを用いて構造体からの磁場を検出し、その検出結果を用いて構造体の健全度のモニタリングを行うことができる。   Thereby, even in an environment without a commercial power source, the magnetic field from the structure can be detected using the magnetic sensor, and the soundness level of the structure can be monitored using the detection result.

本発明の構造体モニタリングシステムでは、前記磁気センサーは、前記アルカリ金属原子の非線形磁気光学効果を用いて磁場の強度を検出することが好ましい。   In the structure monitoring system of the present invention, it is preferable that the magnetic sensor detects the intensity of a magnetic field using a nonlinear magneto-optical effect of the alkali metal atom.

これにより、磁気センサーを用いて、金属部からの磁場を高精度に検出することができる。   Thereby, the magnetic field from a metal part can be detected with high precision using a magnetic sensor.

本発明の構造体モニタリングシステムでは、前記磁気センサーは、前記アルカリ金属原子の電磁誘起透過現象を用いて磁場の強度を検出することが好ましい。   In the structure monitoring system of the present invention, it is preferable that the magnetic sensor detects a magnetic field intensity using an electromagnetically induced transmission phenomenon of the alkali metal atom.

これにより、磁気センサーを用いて、金属部からの磁場を高精度に検出することができる。   Thereby, the magnetic field from a metal part can be detected with high precision using a magnetic sensor.

本発明の構造体モニタリング方法は、アルカリ金属原子のエネルギー遷移の特性を用いて、磁場の強度を検出する磁気センサーを用意する工程と、
金属部を含む構造体に前記磁気センサーを取り付ける工程と、
前記金属部の疲労に伴う磁場の変化を前記磁気センサーを用いて検出する工程と、
前記磁気センサーの検出結果を用いて、前記構造体の健全度を判定する工程と、を有することを特徴とする。
The structure monitoring method of the present invention includes a step of preparing a magnetic sensor for detecting the strength of a magnetic field using the energy transition characteristics of alkali metal atoms,
Attaching the magnetic sensor to a structure including a metal part;
Detecting a change in the magnetic field due to fatigue of the metal part using the magnetic sensor;
And determining the soundness of the structure using the detection result of the magnetic sensor.

このような構造体モニタリング方法によれば、アルカリ金属原子のエネルギー遷移の特性を用いて、金属部を含む構造体からの磁場(より具体的には、金属部から金属疲労に伴って生じる磁場)を検出する磁気センサーを用いて、構造体の金属部の疲労状態を判定することができる。そのため、構造体の健全度の判定結果に金属部の疲労状態に関する情報を含めることができ、その結果、金属部を含む構造体の健全度(状態)をより正確にモニタリングすることができる。   According to such a structure monitoring method, a magnetic field from a structure including a metal part (more specifically, a magnetic field generated by metal fatigue from a metal part) using the energy transition characteristics of alkali metal atoms. The fatigue state of the metal part of the structure can be determined using a magnetic sensor that detects the above. Therefore, information on the fatigue state of the metal part can be included in the determination result of the soundness of the structure, and as a result, the soundness (state) of the structure including the metal part can be monitored more accurately.

本発明の第1実施形態に係る構造体モニタリングシステムの使用状態の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the use condition of the structure monitoring system which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図1に示す構造体モニタリングシステムの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the structure monitoring system shown in FIG. 図1に示す構造体モニタリングシステムが備える磁気センサーの設置状態を示す図である。It is a figure which shows the installation state of the magnetic sensor with which the structure monitoring system shown in FIG. 1 is provided. 図3に示す磁気センサーが備えるセンサー本体部の断面図である。It is sectional drawing of the sensor main-body part with which the magnetic sensor shown in FIG. 3 is provided. 図3に示す磁気センサーの制御系を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control system of the magnetic sensor shown in FIG. セシウム原子の磁束密度とエネルギー遷移状態との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the magnetic flux density of a cesium atom, and an energy transition state. 構造体に含まれる金属部の歪みとそれに伴って生じる磁場の強度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the distortion of the metal part contained in a structure, and the intensity | strength of the magnetic field produced in connection with it. 磁気センサーによる検出磁場と振動センサーによる検出振動量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the magnetic field detected by a magnetic sensor, and the amount of vibrations detected by a vibration sensor. 図1に示す構造体モニタリングシステムの使用方法(構造体モニタリング方法)を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the usage method (structure monitoring method) of the structure monitoring system shown in FIG. 本発明の第2実施形態に係る構造体モニタリングシステムに用いる磁気センサーの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the magnetic sensor used for the structure monitoring system which concerns on 2nd Embodiment of this invention.

以下、本発明の構造体モニタリングシステムおよび構造体モニタリング方法の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a structure monitoring system and a structure monitoring method of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

<第1実施形態>
まず、本発明の第1実施形態を説明する。
<First Embodiment>
First, a first embodiment of the present invention will be described.

≪構造体モニタリングシステム≫
図1は、本発明の第1実施形態に係る構造体モニタリングシステムの使用状態の一例を示す図である。図2は、図1に示す構造体モニタリングシステムの概略構成を示すブロック図である。図3は、図1に示す構造体モニタリングシステムが備える磁気センサーの設置状態を示す図である。図4は、図3に示す磁気センサーが備えるセンサー本体部の断面図である。図5は、図3に示す磁気センサーの制御系を示すブロック図である。図6は、セシウム原子の磁束密度とエネルギー遷移状態との関係を示すグラフである。
≪Structure monitoring system≫
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a usage state of the structure monitoring system according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the structure monitoring system shown in FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating an installation state of the magnetic sensor included in the structure monitoring system illustrated in FIG. 1. FIG. 4 is a cross-sectional view of a sensor main body included in the magnetic sensor shown in FIG. FIG. 5 is a block diagram showing a control system of the magnetic sensor shown in FIG. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the magnetic flux density of cesium atoms and the energy transition state.

図1に示す構造体モニタリングシステム1(以下、単に「システム1」という)は、構造体Bの健全度(状態)をモニタリングするものである。このシステム1は、構造体Bの状態を測定するセンサー装置4と、センサー装置4の測定結果を収集する収集装置5(ロガー)と、を有する。   A structure monitoring system 1 shown in FIG. 1 (hereinafter simply referred to as “system 1”) monitors the soundness (state) of the structure B. The system 1 includes a sensor device 4 that measures the state of the structure B, and a collection device 5 (logger) that collects the measurement results of the sensor device 4.

ここで、構造体Bは、説明の便宜上、3階建ての鉄筋コンクリート構造または鉄筋鉄骨コンクリート構造の建築構造物である。また、センサー装置4は、構造体Bの各階の壁W(W1、W2、W3)に設置された複数の磁気センサー2(2a、2b、2c)と、構造体Bの各階の床F(F1、F2、F3)に設置された複数の振動センサー3(3a、3b、3c)と、を有する。そして、センサー装置4では、各磁気センサー2が構造体Bの金属部からの磁場を検出するとともに、各振動センサー3が構造体Bの振動を検出し、これらの検出結果を収集装置5に送信する。   Here, the structure B is a building structure of a three-story reinforced concrete structure or a reinforced steel concrete structure for convenience of explanation. The sensor device 4 includes a plurality of magnetic sensors 2 (2a, 2b, 2c) installed on the walls W (W1, W2, W3) of each floor of the structure B, and a floor F (F1) of each floor of the structure B. , F2, F3) and a plurality of vibration sensors 3 (3a, 3b, 3c). In the sensor device 4, each magnetic sensor 2 detects the magnetic field from the metal part of the structure B, and each vibration sensor 3 detects the vibration of the structure B, and transmits these detection results to the collection device 5. To do.

収集装置5は、センサー装置4から送信された検出結果を収集し、その収集した検出結果を用いて、構造体Bの健全度を判定する。その判定結果は、例えば、図示しない表示装置に表示されたり、パソコン、携帯端末等に取り込まれたりする。   The collection device 5 collects the detection results transmitted from the sensor device 4 and determines the soundness of the structure B using the collected detection results. The determination result is displayed, for example, on a display device (not shown), or taken in a personal computer, a portable terminal, or the like.

以下、センサー装置4および収集装置5について順次詳細に説明する。
(センサー装置)
図2に示すように、センサー装置4は、複数の磁気センサー2と、複数の振動センサー3と、これらのセンサーの検出結果を送信する通信部41と、記憶部42と、制御部43と、を有する。
Hereinafter, the sensor device 4 and the collection device 5 will be sequentially described in detail.
(Sensor device)
As shown in FIG. 2, the sensor device 4 includes a plurality of magnetic sensors 2, a plurality of vibration sensors 3, a communication unit 41 that transmits detection results of these sensors, a storage unit 42, a control unit 43, Have

[磁気センサー]
磁気センサー2は、アルカリ金属原子のエネルギー遷移の特性を用いて、構造体Bからの磁場の強度を検出する機能を有する。この磁気センサー2は、図3に示すように、壁Wに設置されている。ここで、壁Wは、鉄筋等の金属部STと、金属部STを補強するコンクリート部Cとで構成されており、磁気センサー2の少なくとも一部(本体部20)が壁Wのコンクリート部Cに埋設されている。
[Magnetic sensor]
The magnetic sensor 2 has a function of detecting the strength of the magnetic field from the structure B using the energy transition characteristics of alkali metal atoms. The magnetic sensor 2 is installed on the wall W as shown in FIG. Here, the wall W is composed of a metal part ST such as a reinforcing bar and a concrete part C that reinforces the metal part ST, and at least a part of the magnetic sensor 2 (main body part 20) is a concrete part C of the wall W. It is buried in.

磁気センサー2の本体部20は、図4に示すように、前述したような量子干渉効果を生じさせる原子セルユニット22と、原子セルユニット22を収納するパッケージ21と、パッケージ21内に収納され、原子セルユニット22をパッケージ21に対して支持する支持部材23と、を備えている。なお、図示しないが、パッケージ21内またはパッケージ21外には、原子セルユニット22を囲むようにコイル(図5に示すコイル231)が配置されている。   As shown in FIG. 4, the main body portion 20 of the magnetic sensor 2 is housed in the atomic cell unit 22 that generates the quantum interference effect as described above, the package 21 that houses the atomic cell unit 22, and the package 21. And a support member 23 that supports the atomic cell unit 22 with respect to the package 21. Although not shown, a coil (coil 231 shown in FIG. 5) is disposed inside or outside the package 21 so as to surround the atomic cell unit 22.

また、原子セルユニット22は、原子セル221と、光源部222と、光学部品223、224と、光検出部225と、ヒーター226と、温度センサー227と、基板228と、保持部材229と、を含み、これらがユニット化されている。具体的には、基板228の上面に、光源部222、ヒーター226、温度センサー227および保持部材229が搭載されており、原子セル221および光学部品223、224が保持部材229に保持されているとともに、光検出部225が保持部材229に接着剤230を介して接合されている。   The atomic cell unit 22 includes an atomic cell 221, a light source unit 222, optical components 223 and 224, a light detection unit 225, a heater 226, a temperature sensor 227, a substrate 228, and a holding member 229. These are unitized. Specifically, the light source unit 222, the heater 226, the temperature sensor 227, and the holding member 229 are mounted on the upper surface of the substrate 228, and the atomic cell 221 and the optical components 223 and 224 are held by the holding member 229. The light detection unit 225 is joined to the holding member 229 via the adhesive 230.

以下、磁気センサー2の本体部20の各部を説明する。
原子セル221内には、ガス状のルビジウム、セシウム、ナトリウム等のアルカリ金属が封入されている。また、原子セル221内には、必要に応じて、アルゴン、ネオン等の希ガス、窒素等の不活性ガスが緩衝ガスとしてアルカリ金属ガスとともに封入されていてもよい。
Hereinafter, each part of the main body 20 of the magnetic sensor 2 will be described.
The atomic cell 221 is filled with gaseous alkali metal such as rubidium, cesium, and sodium. Further, in the atomic cell 221, a rare gas such as argon or neon, or an inert gas such as nitrogen may be sealed together with an alkali metal gas as a buffer gas, if necessary.

図4に示すように、原子セル221は、柱状の貫通孔を有する胴体部2211と、その貫通孔の両側の開口を封鎖する1対の光透過部2212、2213と、を有する。これにより、前述したようなアルカリ金属が封入される内部空間Sが形成されている。   As shown in FIG. 4, the atomic cell 221 includes a body portion 2211 having a columnar through hole, and a pair of light transmitting portions 2212 and 2213 that block openings on both sides of the through hole. Thereby, the internal space S in which the alkali metal as described above is enclosed is formed.

ここで、原子セル221の各光透過部2212、2213は、光源部222からの光(共鳴光対)に対する透過性を有している。この光透過部2212、2213を構成する材料としては、前述したような励起光に対する透過性を有していれば、特に限定されないが、例えば、ガラス材料、水晶等が挙げられる。   Here, each of the light transmission parts 2212 and 2213 of the atomic cell 221 has transparency to the light (resonant light pair) from the light source part 222. The material constituting the light transmitting portions 2212 and 2213 is not particularly limited as long as it has transparency to the excitation light as described above, and examples thereof include glass materials and quartz.

また、原子セル221の胴体部2211を構成する材料は、特に限定されず、シリコン材料、セラミックス材料、金属材料、樹脂材料等であってもよく、光透過部2212、2213と同様にガラス材料、水晶等であってもよい。   Further, the material forming the body portion 2211 of the atomic cell 221 is not particularly limited, and may be a silicon material, a ceramic material, a metal material, a resin material, or the like, and a glass material, like the light transmitting portions 2212 and 2213, It may be a crystal or the like.

そして、各光透過部2212、2213は、胴体部2211に対して気密的に接合されている。これにより、原子セル221の内部空間Sを気密空間とすることができる。原子セル221の胴体部2211と光透過部2212、2213との接合方法としては、これらの構成材料に応じて決められるものであり、特に限定されないが、例えば、接着剤による接合方法、直接接合法、陽極接合法等を用いることができる。   The light transmission parts 2212 and 2213 are airtightly joined to the body part 2211. Thereby, the internal space S of the atomic cell 221 can be made an airtight space. The bonding method of the body portion 2211 and the light transmission portions 2212 and 2213 of the atomic cell 221 is determined according to these constituent materials and is not particularly limited. For example, a bonding method using an adhesive or a direct bonding method is used. An anodic bonding method or the like can be used.

光源部222は、前述した原子セル221内のアルカリ金属原子に共鳴する周波数の異なる2種の光である共鳴光対(共鳴光1および共鳴光2)を出射するものである。この光源部222としては、前述したような光を出射し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、垂直共振器面発光レーザー(VCSEL)等の半導体レーザー等を用いることができる。   The light source unit 222 emits resonance light pairs (resonance light 1 and resonance light 2) that are two types of light having different frequencies that resonate with the alkali metal atoms in the atomic cell 221 described above. The light source unit 222 is not particularly limited as long as it can emit light as described above. For example, a semiconductor laser such as a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) can be used.

アルカリ金属は、3準位系のエネルギー準位を有し、エネルギー準位の異なる2つの基底状態(基底状態1、2)と、励起状態との3つの状態をとり得る。ここで、基底状態1は、基底状態2よりも低いエネルギー状態である。光源部222から出射された2種の共鳴光1、2をアルカリ金属に照射したとき、共鳴光1の周波数ωと共鳴光2の周波数ωとの差(ω−ω)に応じて、共鳴光1、2のアルカリ金属における光吸収率(光透過率)が変化する。 An alkali metal has a three-level system energy level and can take three states of two ground states (ground states 1 and 2) having different energy levels and an excited state. Here, the ground state 1 is a lower energy state than the ground state 2. When the two kinds of resonance lights 1 and 2 emitted from the light source unit 222 are irradiated onto the alkali metal, the difference is determined according to the difference (ω 1 −ω 2 ) between the frequency ω 1 of the resonance light 1 and the frequency ω 2 of the resonance light 2. Thus, the light absorptivity (light transmittance) of the resonance light 1 and 2 in the alkali metal changes.

そして、共鳴光1の周波数ωと共鳴光2の周波数ωとの差(ω−ω)が基底状態1と基底状態2とのエネルギー差に相当する周波数に一致したとき、基底状態1、2から励起状態への励起がそれぞれ停止する。このとき、共鳴光1、2は、いずれも、アルカリ金属に吸収されずに透過する。このような現象をCPT現象または電磁誘起透明化現象(EIT:Electromagnetically Induced Transparency)と呼ぶ。 When the difference (ω 1 −ω 2 ) between the frequency ω 1 of the resonant light 1 and the frequency ω 2 of the resonant light 2 coincides with the frequency corresponding to the energy difference between the ground state 1 and the ground state 2, the ground state Excitation from 1, 2 to the excited state stops. At this time, both the resonant lights 1 and 2 are transmitted without being absorbed by the alkali metal. Such a phenomenon is called a CPT phenomenon or an electromagnetically induced transparency (EIT) phenomenon.

例えば、共鳴光1の周波数ωを固定し、共鳴光2の周波数ωを変化させていくと、共鳴光1の周波数ωと共鳴光2の周波数ωとの差(ω−ω)が基底状態1と基底状態2とのエネルギー差に相当する周波数ωに一致したとき、光検出部225の検出強度は、前述したEIT現象に伴って急峻に上昇する。このような急峻な信号をEIT信号として検出する。このEIT信号は、アルカリ金属の種類によって決まった固有値をもっている。 For example, when the frequency ω 1 of the resonant light 1 is fixed and the frequency ω 2 of the resonant light 2 is changed, the difference between the frequency ω 1 of the resonant light 1 and the frequency ω 2 of the resonant light 2 (ω 1 −ω When 2 ) coincides with the frequency ω 0 corresponding to the energy difference between the ground state 1 and the ground state 2, the detection intensity of the light detection unit 225 increases sharply with the EIT phenomenon described above. Such a steep signal is detected as an EIT signal. This EIT signal has an eigenvalue determined by the type of alkali metal.

図4に示すように、複数の光学部品223、224は、それぞれ、前述した光源部222と原子セル221との間における光の光路上に設けられている。本実施形態では、光源部222側から原子セル221側へ、光学部品223、光学部品224がこの順に配置されている。   As shown in FIG. 4, the plurality of optical components 223 and 224 are respectively provided on the optical path of light between the light source unit 222 and the atomic cell 221 described above. In the present embodiment, the optical component 223 and the optical component 224 are arranged in this order from the light source unit 222 side to the atomic cell 221 side.

光学部品223は、λ/4波長板である。これにより、光源部222からの光(励起光)を直線偏光から円偏光(右円偏光または左円偏光)に変換することができる。図5に示すコイル231の磁場により原子セル221内のアルカリ金属原子がゼーマン分裂した状態において、円偏光の励起光をアルカリ金属原子に照射すると、励起光とアルカリ金属原子との相互作用により、アルカリ金属原子がゼーマン分裂した複数の準位のうち、所望のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数を他のエネルギー準位のアルカリ金属原子の数に対して相対的に多くすることができる。そのため、所望のEIT現象を発現する原子数が増大し、所望のEIT信号の強度が大きくなる。   The optical component 223 is a λ / 4 wavelength plate. Thereby, the light (excitation light) from the light source unit 222 can be converted from linearly polarized light into circularly polarized light (right circularly polarized light or left circularly polarized light). In a state where the alkali metal atoms in the atomic cell 221 are Zeeman split by the magnetic field of the coil 231 shown in FIG. 5, when the alkali metal atoms are irradiated with circularly polarized excitation light, the interaction between the excitation light and the alkali metal atoms causes alkali Of the plurality of levels in which the metal atom is Zeeman split, the number of alkali metal atoms at a desired energy level can be made relatively larger than the number of alkali metal atoms at other energy levels. Therefore, the number of atoms that express the desired EIT phenomenon increases, and the intensity of the desired EIT signal increases.

コイル231は、ソレノイドコイルであってもよいし、ヘルムホルツコイルであってもよい。また、コイル231が発生する磁場は、一定の大きさ(または振幅)であり、直流磁場または交流磁場のいずれかの磁場であってもよいし、直流磁場と交流磁場とを重畳させた磁場であってもよい。   The coil 231 may be a solenoid coil or a Helmholtz coil. The magnetic field generated by the coil 231 has a constant magnitude (or amplitude), and may be either a DC magnetic field or an AC magnetic field, or a magnetic field obtained by superimposing a DC magnetic field and an AC magnetic field. There may be.

光学部品224は、減光フィルター(NDフィルター)である。これにより、原子セル221に入射する光の強度を調整(減少)させることができる。   The optical component 224 is a neutral density filter (ND filter). Thereby, the intensity of light incident on the atomic cell 221 can be adjusted (decreased).

なお、光源部222と原子セル221との間には、波長板および減光フィルターの他に、レンズ、偏光板等の他の光学部品が配置されていてもよい。また、光源部222からの光の強度によっては、光学部品224を省略することができる。   In addition to the wave plate and the neutral density filter, other optical components such as a lens and a polarizing plate may be disposed between the light source unit 222 and the atomic cell 221. Further, the optical component 224 can be omitted depending on the intensity of light from the light source unit 222.

光検出部225は、原子セル221内を透過した励起光(共鳴光1、2)の強度を検出する機能を有する。この光検出部225としては、上述したような励起光を検出し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、太陽電池、フォトダイオード等の光検出器(受光素子)を用いることができる。   The light detection unit 225 has a function of detecting the intensity of excitation light (resonance light 1 and 2) transmitted through the atomic cell 221. The light detector 225 is not particularly limited as long as it can detect the excitation light as described above. For example, a photodetector (light receiving element) such as a solar cell or a photodiode can be used.

ヒーター226は、通電により発熱する発熱抵抗体(加熱部)を有する。ヒーター226からの熱は、基板228および保持部材229を介して、原子セル221に伝達される。   The heater 226 includes a heating resistor (heating unit) that generates heat when energized. Heat from the heater 226 is transmitted to the atomic cell 221 through the substrate 228 and the holding member 229.

温度センサー227は、ヒーター226または原子セル221の温度を検出するものである。そして、この温度センサー227の検出結果に基づいて、前述したヒーター226の発熱量が制御される。これにより、原子セル221内のアルカリ金属原子を所望の温度に維持することができる。   The temperature sensor 227 detects the temperature of the heater 226 or the atomic cell 221. Based on the detection result of the temperature sensor 227, the amount of heat generated by the heater 226 is controlled. Thereby, the alkali metal atom in the atomic cell 221 can be maintained at a desired temperature.

本実施形態では、温度センサー227は、基板228上に設けられている。なお、温度センサー227の設置位置は、これに限定されず、例えば、保持部材229上であってもよいし、ヒーター226上であってもよいし、原子セル221の外表面上であってもよい。   In the present embodiment, the temperature sensor 227 is provided on the substrate 228. The installation position of the temperature sensor 227 is not limited to this. For example, the temperature sensor 227 may be on the holding member 229, on the heater 226, or on the outer surface of the atomic cell 221. Good.

温度センサー227としては、それぞれ、特に限定されず、サーミスタ、熱電対等の公知の各種温度センサーを用いることができる。   The temperature sensor 227 is not particularly limited, and various known temperature sensors such as a thermistor and a thermocouple can be used.

保持部材229は、ヒーター226と原子セル221の各光透過部2212、2213とを熱的に接続している。これにより、ヒーター226からの熱を保持部材229による熱伝導により各光透過部2212、2213に伝達し、各光透過部2212、2213を加熱することができる。   The holding member 229 thermally connects the heater 226 and the light transmission parts 2212 and 2213 of the atomic cell 221. Thereby, the heat from the heater 226 can be transmitted to the light transmission parts 2212 and 2213 by heat conduction by the holding member 229, and the light transmission parts 2212 and 2213 can be heated.

このような保持部材229の構成材料としては、熱伝導性に優れた材料、例えば、金属材料を用いることが好ましい。また、後述するパッケージ21と同様、外部から原子セル221への磁場やコイル231からの磁場を阻害しないよう、保持部材229の構成材料としては、非磁性の材料を用いることが好ましい。   As a constituent material of such a holding member 229, it is preferable to use a material excellent in thermal conductivity, for example, a metal material. Further, similarly to the package 21 to be described later, it is preferable to use a non-magnetic material as a constituent material of the holding member 229 so that the magnetic field from the outside to the atomic cell 221 and the magnetic field from the coil 231 are not inhibited.

基板228は、前述した光源部222、ヒーター226、温度センサー227および保持部材229等を支持する機能を有する。また、基板228は、ヒーター226からの熱を保持部材229へ伝達する機能を有する。これにより、ヒーター226が保持部材229に対して離間していても、ヒーター226からの熱を保持部材229へ伝達することができる。   The substrate 228 has a function of supporting the light source unit 222, the heater 226, the temperature sensor 227, the holding member 229, and the like described above. The substrate 228 has a function of transmitting heat from the heater 226 to the holding member 229. Thereby, even if the heater 226 is separated from the holding member 229, the heat from the heater 226 can be transmitted to the holding member 229.

ここで、基板228は、ヒーター226と保持部材229とを熱的に接続している。このようにヒーター226および保持部材229を基板228に搭載することにより、ヒーター226の設置の自由度を高めることができる。   Here, the substrate 228 thermally connects the heater 226 and the holding member 229. By mounting the heater 226 and the holding member 229 on the substrate 228 in this manner, the degree of freedom of installation of the heater 226 can be increased.

また、光源部222が基板228に搭載されていることにより、ヒーター226からの熱により基板228上の光源部222を温度調節することができる。   Further, since the light source unit 222 is mounted on the substrate 228, the temperature of the light source unit 222 on the substrate 228 can be adjusted by heat from the heater 226.

また、基板228は、光源部222、ヒーター226、温度センサー227に電気的に接続される配線(図示せず)を有している。   The substrate 228 includes wiring (not shown) that is electrically connected to the light source unit 222, the heater 226, and the temperature sensor 227.

このような基板228の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、セラミックス材料、金属材料等が挙げられ、これらのうちの1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。なお、基板228の表面には、基板228が有する配線の短絡防止等の目的で、必要に応じて、例えば、樹脂材料、金属酸化物、金属窒化物等で構成された絶縁層が設けられていてもよい。また、後述するパッケージ21と同様、外部から原子セル221への磁場やコイル231からの磁場を阻害しないよう、基板228の構成材料としては、非磁性の材料を用いることが好ましい。   The constituent material of the substrate 228 is not particularly limited, and examples thereof include a ceramic material and a metal material. One of these materials can be used alone, or two or more materials can be used in combination. Note that an insulating layer made of, for example, a resin material, a metal oxide, a metal nitride, or the like is provided on the surface of the substrate 228 as necessary for the purpose of preventing a short circuit of a wiring included in the substrate 228, for example. May be. Further, similarly to the package 21 described later, it is preferable to use a non-magnetic material as the constituent material of the substrate 228 so as not to disturb the magnetic field from the outside to the atomic cell 221 and the magnetic field from the coil 231.

なお、基板228は、保持部材229の形状、ヒーター226の設置位置等によっては、省略することができる。この場合、ヒーター226を保持部材229に接触させる位置に設置すればよい。   The substrate 228 can be omitted depending on the shape of the holding member 229, the installation position of the heater 226, and the like. In this case, the heater 226 may be installed at a position in contact with the holding member 229.

図4に示すように、パッケージ21は、原子セルユニット22および支持部材23を収納する機能を有する。なお、パッケージ21内には、前述した部品以外の部品が収納されていてもよい。   As shown in FIG. 4, the package 21 has a function of accommodating the atomic cell unit 22 and the support member 23. The package 21 may contain components other than the components described above.

このパッケージ21は、図4に示すように、板状の基体211(ベース部)と、有底筒状の蓋体212(蓋部)と、を備え、蓋体212の開口が基体211により封鎖されている。これにより、原子セルユニット22および支持部材23を収納する内部空間S1が形成されている。   As shown in FIG. 4, the package 21 includes a plate-shaped base 211 (base portion) and a bottomed cylindrical lid 212 (lid), and the opening of the lid 212 is sealed by the base 211. Has been. Thereby, an internal space S <b> 1 for accommodating the atomic cell unit 22 and the support member 23 is formed.

基体211は、支持部材23を介して原子セルユニット22を支持している。また、基体211は、例えば配線基板であり、基体211の下面には、複数の端子214が設けられている。この複数の端子214は、図示しないが、基体211を貫通する配線を介して、基体211の上面に設けられた複数の端子に電気的に接続されている。そして、基体211には、図示しない配線(例えば、フレキシブル配線基板やボンディングワイヤー等)を介して、前述した光源部222および基板228等がそれぞれ電気的に接続されている。   The base 211 supports the atomic cell unit 22 via the support member 23. The base 211 is a wiring board, for example, and a plurality of terminals 214 are provided on the lower surface of the base 211. Although not shown, the plurality of terminals 214 are electrically connected to a plurality of terminals provided on the upper surface of the base body 211 through wiring penetrating the base body 211. The light source unit 222 and the substrate 228 described above are electrically connected to the base 211 via wiring (not shown) (for example, a flexible wiring substrate or a bonding wire).

この基体211の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、樹脂材料、セラミックス材料等を用いることができるが、セラミック材料を用いることが好ましい。これにより、配線基板を構成する基体211を実現しながら、内部空間S1の気密性を優れたものとすることができる。   The constituent material of the substrate 211 is not particularly limited. For example, a resin material, a ceramic material, or the like can be used, but a ceramic material is preferably used. Thereby, the airtightness of the internal space S1 can be improved while realizing the base body 211 constituting the wiring board.

このような基体211には、蓋体212が接合されている。基体211と蓋体212との接合方法としては、特に限定されないが、例えば、ろう接、シーム溶接、エネルギー線溶接(レーザー溶接、電子線溶接等)等を用いることができる。なお、基体211と蓋体212との間には、これらを接合するための接合部材が介在していてもよい。   A lid 212 is joined to such a base 211. A method for joining the base body 211 and the lid body 212 is not particularly limited. For example, brazing, seam welding, energy beam welding (laser welding, electron beam welding, etc.), or the like can be used. A joining member for joining these may be interposed between the base body 211 and the lid body 212.

また、基体211と蓋体212とは気密的に接合されているのが好ましい。すなわち、パッケージ21内が気密空間であることが好ましい。これにより、パッケージ21内を減圧状態とすることができ、その結果、本体部20の特性を向上させることができる。特に、パッケージ21内は、減圧状態(真空)であることが好ましい。これにより、本体部20の特性をより向上させることができる。   Moreover, it is preferable that the base body 211 and the lid body 212 are airtightly joined. That is, the inside of the package 21 is preferably an airtight space. Thereby, the inside of the package 21 can be made into a pressure-reduced state, As a result, the characteristic of the main-body part 20 can be improved. In particular, the inside of the package 21 is preferably in a reduced pressure state (vacuum). Thereby, the characteristic of the main-body part 20 can be improved more.

このような蓋体212の構成材料としては、磁気透過性を有していて前述したような気密空間を形成することができれば、特に限定されず、例えば、樹脂材料、セラミックス材料、金属材料等を用いることができる。   The constituent material of the lid 212 is not particularly limited as long as it has magnetic permeability and can form an airtight space as described above. For example, a resin material, a ceramic material, a metal material, or the like can be used. Can be used.

支持部材23(支持部)は、パッケージ21内に収納されており、パッケージ21(より具体的にはパッケージ21の一部を構成している基体211)に対して原子セルユニット22を支持する機能を有する。また、支持部材23は、原子セルユニット22とパッケージ21の外部との間の熱の伝達を抑制する機能を有する。これにより、原子セルユニット22の各部と外部との間の熱干渉を抑制することができる。   The support member 23 (support portion) is housed in the package 21 and has a function of supporting the atomic cell unit 22 with respect to the package 21 (more specifically, the base body 211 constituting a part of the package 21). Have The support member 23 has a function of suppressing heat transfer between the atomic cell unit 22 and the outside of the package 21. Thereby, the thermal interference between each part of atomic cell unit 22 and the exterior can be controlled.

このような支持部材23は、パッケージ21の基体211および基板228のそれぞれに対して例えば接着剤により接合されている。   Such a support member 23 is bonded to each of the base body 211 and the substrate 228 of the package 21 by, for example, an adhesive.

また、支持部材23の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、樹脂材料、セラミックス材料等の非金属を用いることが好ましく、樹脂材料を用いることがより好ましい。また、支持部材23の構成材料としては、外部から原子セル221への磁場やコイル231からの磁場を阻害しないよう、非磁性の材料を用いることが好ましい。
以上、磁気センサー2の本体部20の構成について説明した。
The constituent material of the support member 23 is not particularly limited. For example, it is preferable to use a nonmetal such as a resin material or a ceramic material, and it is more preferable to use a resin material. Further, as the constituent material of the support member 23, it is preferable to use a non-magnetic material so as not to disturb the magnetic field from the outside to the atomic cell 221 and the magnetic field from the coil 231.
The configuration of the main body 20 of the magnetic sensor 2 has been described above.

図5に示すように、磁気センサー2は、前述した本体部20の他に、中心波長制御部244、増幅器240、検波部241、変調部242、発振器243、検波部250、発振器251、変調部252、発振器253、周波数変換部254、検波部255、発振器256、変調部257、発振器258および変調部259を含んで構成されている。これらは、光源部222および光検出部225に電気的に接続されている「回路部」を構成している。   As shown in FIG. 5, in addition to the main body 20 described above, the magnetic sensor 2 includes a central wavelength control unit 244, an amplifier 240, a detection unit 241, a modulation unit 242, an oscillator 243, a detection unit 250, an oscillator 251, and a modulation unit. 252, an oscillator 253, a frequency converter 254, a detector 255, an oscillator 256, a modulator 257, an oscillator 258, and a modulator 259. These constitute a “circuit unit” electrically connected to the light source unit 222 and the light detection unit 225.

光源部222が出射するレーザー光は、中心波長制御部244の出力に基づいて中心波長λ0が制御されるとともに、変調部259の出力に基づいて変調がかけられる。例えば、中心波長制御部244として、光源部222に駆動電流を供給するレーザードライバーを用いた場合、その駆動電流に変調部259が出力する交流電流を重畳することにより、光源部222が出射するレーザー光に変調をかけることができる。そして、後述するように、変調成分に相当する光がアルカリ金属原子に対する共鳴光1または共鳴光2になるように変調部259の出力がフィードバック制御される。   The laser light emitted from the light source unit 222 is controlled based on the output of the center wavelength control unit 244 and the center wavelength λ 0 and is modulated based on the output of the modulation unit 259. For example, when a laser driver that supplies a drive current to the light source unit 222 is used as the center wavelength control unit 244, a laser emitted from the light source unit 222 by superimposing an alternating current output from the modulation unit 259 on the drive current. Modulate light. Then, as will be described later, the output of the modulation unit 259 is feedback-controlled so that the light corresponding to the modulation component becomes the resonance light 1 or the resonance light 2 for the alkali metal atom.

光検出部225の出力信号は、増幅器240で増幅され、検波部241、検波部250および検波部255に入力される。   The output signal of the light detection unit 225 is amplified by the amplifier 240 and input to the detection unit 241, the detection unit 250, and the detection unit 255.

検波部241は、発振器243の発振信号によって増幅器240の出力信号を同期検波する。変調部242は、発振器243の発振信号によって検波部241の出力信号を変調する。発振器243は、例えば、数十Hz〜数百Hz程度の低い周波数で発振させればよい。そして、中心波長制御部244は、変調部242の出力信号に応じて、光源部222が出射するレーザー光の中心波長λ0を制御する。光源部222、原子セル221、光検出部225、増幅器240、検波部241、変調部242および中心波長制御部244を通るフィードバックループにより中心波長λ0が安定する。   The detector 241 synchronously detects the output signal of the amplifier 240 using the oscillation signal of the oscillator 243. The modulation unit 242 modulates the output signal of the detection unit 241 with the oscillation signal of the oscillator 243. The oscillator 243 may oscillate at a low frequency of about several tens Hz to several hundreds Hz, for example. Then, the center wavelength control unit 244 controls the center wavelength λ0 of the laser light emitted from the light source unit 222 in accordance with the output signal of the modulation unit 242. The center wavelength λ0 is stabilized by a feedback loop passing through the light source unit 222, the atomic cell 221, the light detection unit 225, the amplifier 240, the detection unit 241, the modulation unit 242, and the center wavelength control unit 244.

検波部250は、発振器253の発振信号によって増幅器240の出力信号を同期検波する。発振器251は、検波部250の出力信号の大きさに応じて、発振周波数が変化する発振器であり、例えば、電圧制御水晶発振器(VCXO:Voltage Controlled Crystal Oscillator)により実現することができる。変調部252は、発振器253の発振信号によって発振器251の出力信号を変調する。発振器253は、例えば、数十Hz〜数百Hz程度の低い周波数で発振させればよい。   The detector 250 synchronously detects the output signal of the amplifier 240 using the oscillation signal of the oscillator 253. The oscillator 251 is an oscillator whose oscillation frequency changes according to the magnitude of the output signal of the detection unit 250, and can be realized by, for example, a voltage controlled crystal oscillator (VCXO). The modulation unit 252 modulates the output signal of the oscillator 251 with the oscillation signal of the oscillator 253. The oscillator 253 may oscillate at a low frequency of about several tens Hz to several hundreds Hz, for example.

周波数変換部254は、変調部252の出力信号を、原子セル221に封入された磁気量子数m=0のアルカリ金属原子の2つの基底準位のエネルギー差に相当する周波数差の1/2(セシウム原子の場合は9.1926GHz/2=4.5963GHz)に等しい周波数の信号に変換する。周波数変換部254は、例えば、PLL(Phase Locked Loop)回路により実現することができる。なお、周波数変換部254は、変調部252の出力信号を、原子セル221に封入された磁気量子数m=0のアルカリ金属原子の2つの基底準位のエネルギー差に相当する周波数差(セシウム原子の場合は9.1926GHz)に等しい周波数の信号に変換するようにしてもよい。   The frequency conversion unit 254 outputs the output signal of the modulation unit 252 to 1/2 of the frequency difference corresponding to the energy difference between the two ground levels of the alkali metal atom with the magnetic quantum number m = 0 enclosed in the atom cell 221 ( In the case of a cesium atom, the signal is converted to a signal having a frequency equal to (9.1926 GHz / 2 = 4.5963 GHz). The frequency conversion unit 254 can be realized by, for example, a PLL (Phase Locked Loop) circuit. Note that the frequency conversion unit 254 outputs the output signal of the modulation unit 252 to a frequency difference (cesium atom) corresponding to an energy difference between two ground levels of an alkali metal atom having a magnetic quantum number m = 0 enclosed in the atom cell 221. In this case, the signal may be converted to a signal having a frequency equal to 9.1926 GHz.

検波部255は、発振器258の発振信号によって増幅器240の出力信号を同期検波する。発振器256は、検波部255の出力信号の大きさに応じて、発振周波数が変化する発振器であり、例えば、電圧制御水晶発振器(VCXO)により実現することができる。ここで、発振器256は、原子セル221に封入されたアルカリ金属原子の励起準位のドップラー拡がりの幅に相当する周波数に対して十分小さい周波数Δω(例えば、1MHz〜10MHz程度)で発振する。変調部257は、発振器258の発振信号によって発振器256の出力信号を変調する。発振器258は、例えば、数十Hz〜数百Hz程度の低い周波数で発振させればよい。   The detector 255 synchronously detects the output signal of the amplifier 240 using the oscillation signal of the oscillator 258. The oscillator 256 is an oscillator whose oscillation frequency changes according to the magnitude of the output signal of the detection unit 255, and can be realized by, for example, a voltage controlled crystal oscillator (VCXO). Here, the oscillator 256 oscillates at a frequency Δω (for example, about 1 MHz to 10 MHz) sufficiently small with respect to a frequency corresponding to the width of the Doppler spread of the excitation level of the alkali metal atom enclosed in the atomic cell 221. Modulator 257 modulates the output signal of oscillator 256 with the oscillation signal of oscillator 258. The oscillator 258 may oscillate at a low frequency of about several tens Hz to several hundreds Hz, for example.

変調部259は、変調部257の出力信号によって周波数変換部254の出力信号を変調する(周波数変換部254の出力信号によって変調部257の出力信号を変調させてもよい)。変調部259は、周波数混合器(ミキサー)、周波数変調(FM:Frequency Modulation)回路、振幅変調(AM:Amplitude Modulation)回路等により実現することができる。そして、前述したように、光源部222が出射するレーザー光は、変調部259の出力に基づいて変調がかけられ、複数の共鳴光1と共鳴光2が生成される。   Modulator 259 modulates the output signal of frequency converter 254 with the output signal of modulator 257 (the output signal of modulator 257 may be modulated with the output signal of frequency converter 254). The modulation unit 259 can be realized by a frequency mixer (mixer), a frequency modulation (FM) circuit, an amplitude modulation (AM) circuit, or the like. As described above, the laser light emitted from the light source unit 222 is modulated based on the output of the modulation unit 259, and a plurality of resonance light 1 and resonance light 2 are generated.

このような構成の磁気センサー2において、原子セル221に磁場がかけられると、図6に示すように、アルカリ金属原子の基底準位1(F=3)と基底準位2(F=4)が、磁気量子数mが異なる複数のゼーマン分裂準位に分かれる。そして、基底準位1、基底準位2ともに、磁気量子数mが互いに1だけ異なる2つのゼーマン分裂準位のエネルギー差Eδは、磁場の強度に比例する。また、光検出部225の出力信号(増幅器240の出力信号)の信号強度が最大になるようにフィードバック制御がかかる。そして、光検出部225の出力信号(増幅器240の出力信号)の信号強度が最大になるのは、発振器256の発振周波数Δωとゼーマン分裂準位のエネルギー差Eδに相当する周波数δに対して、2×δ×n=ΔωまたはΔω×n=2×δ(nは正の整数)の関係(Δω=2δが望ましい)が満たされるときである。つまり、発振器256の発振周波数Δωは磁場の強度に比例するので、発振器256の発振信号を出力信号とすることにより、磁場の強度を検出することができる。ここで、コイル231により常に磁場が発生しているが、外部磁気の強度が0のときの発振器256の発振周波数を基準として出力信号の相対的な周波数を求めることにより外部磁気の強度を計算することができる。   In the magnetic sensor 2 having such a configuration, when a magnetic field is applied to the atomic cell 221, as shown in FIG. 6, the ground level 1 (F = 3) and the ground level 2 (F = 4) of the alkali metal atom. However, it is divided into a plurality of Zeeman splitting levels having different magnetic quantum numbers m. In both the ground level 1 and the ground level 2, the energy difference Eδ between two Zeeman split levels whose magnetic quantum numbers m are different from each other by 1 is proportional to the strength of the magnetic field. Further, feedback control is applied so that the signal intensity of the output signal of the light detection unit 225 (the output signal of the amplifier 240) is maximized. The signal intensity of the output signal of the light detection unit 225 (the output signal of the amplifier 240) is maximized with respect to the frequency δ corresponding to the oscillation frequency Δω of the oscillator 256 and the energy difference Eδ of the Zeeman split level. This is when the relationship of 2 × δ × n = Δω or Δω × n = 2 × δ (n is a positive integer) (Δω = 2δ is desirable) is satisfied. That is, since the oscillation frequency Δω of the oscillator 256 is proportional to the intensity of the magnetic field, the intensity of the magnetic field can be detected by using the oscillation signal of the oscillator 256 as an output signal. Here, although the magnetic field is always generated by the coil 231, the intensity of the external magnetism is calculated by obtaining the relative frequency of the output signal on the basis of the oscillation frequency of the oscillator 256 when the intensity of the external magnetism is zero. be able to.

以上説明したように磁気センサー2は、アルカリ金属原子の電磁誘起透過現象を用いて磁場の強度を検出する。これにより、磁気センサー2を用いて、金属部STからの磁場を高精度に検出することができる。   As described above, the magnetic sensor 2 detects the strength of the magnetic field using the electromagnetically induced transmission phenomenon of alkali metal atoms. Thereby, the magnetic field from the metal part ST can be detected with high accuracy using the magnetic sensor 2.

また、原子セル221、光源部222および光検出部225を含むユニットである本体部20が構造体Bに取り付けられるため、原子セル221を金属部STの近くに設置することができ、その結果、金属部STからの磁場を高精度に検出することができる。   In addition, since the main body unit 20 which is a unit including the atomic cell 221, the light source unit 222, and the light detection unit 225 is attached to the structure B, the atomic cell 221 can be installed near the metal unit ST. The magnetic field from the metal part ST can be detected with high accuracy.

ここで、原子セル221と金属部STが並ぶ方向から見たとき、原子セル221が金属部STに包含されていることが好ましい。これにより、金属部STからの磁場を原子セル221に好適に作用させることができる。そのため、磁気センサー2を用いて、金属部STからの磁場を高精度に検出することができる。   Here, when viewed from the direction in which the atomic cell 221 and the metal part ST are arranged, the atomic cell 221 is preferably included in the metal part ST. Thereby, the magnetic field from metal part ST can be made to act on the atom cell 221 suitably. Therefore, the magnetic sensor 2 can be used to detect the magnetic field from the metal part ST with high accuracy.

また、光源部222および光検出部225に電気的に接続されている回路部が本体部20と分離していることが好ましい。これにより、原子セル221を含む本体部20を回路部に対して構造体Bの内部側とし、本体部20を金属部STの近くに容易に設置することができる。   Further, it is preferable that the circuit unit electrically connected to the light source unit 222 and the light detection unit 225 is separated from the main body unit 20. Thereby, the main body part 20 including the atomic cell 221 can be set to the inside of the structure B with respect to the circuit part, and the main body part 20 can be easily installed near the metal part ST.

[振動センサー]
振動センサー3は、構造体Bの振動を検出する機能を有する。この振動センサー3は、振動を検出し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、加速度センサー、角速度センサー等を含んで構成されている。
[Vibration sensor]
The vibration sensor 3 has a function of detecting the vibration of the structure B. The vibration sensor 3 is not particularly limited as long as it can detect vibrations. For example, the vibration sensor 3 includes an acceleration sensor, an angular velocity sensor, and the like.

[通信部]
図2に示す通信部41は、前述した磁気センサー2および振動センサー3の検出結果を含む測定情報(以下、単に「測定情報」ともいう)を無線送信する機能を有する。この無線送信された測定情報は、収集装置5で受信される。なお、通信部41は、磁気センサー2および振動センサー3の検出結果を制御部43にて処理して得られる情報を測定情報として送信してもよい。
[Communication Department]
The communication unit 41 illustrated in FIG. 2 has a function of wirelessly transmitting measurement information (hereinafter, also simply referred to as “measurement information”) including detection results of the magnetic sensor 2 and the vibration sensor 3 described above. The wirelessly transmitted measurement information is received by the collection device 5. The communication unit 41 may transmit information obtained by processing the detection results of the magnetic sensor 2 and the vibration sensor 3 by the control unit 43 as measurement information.

このような通信部41は、図示しないが、アンテナと、通信回路とを有する。アンテナは、特に限定されないが、例えば、金属材料、カーボン等で構成され、巻線、薄膜等の形態をなす。通信回路は、例えば、電磁波を送信するための送信回路と、送信する信号を変調する機能を有する変調回路と、を有する。また、通信回路は、信号の周波数を小さく変換する機能を有するダウンコンバータ回路、信号の周波数を大きく変換する機能を有するアップコンバータ回路、信号を増幅する機能を有する増幅回路等を有していてもよい。   Although not shown, the communication unit 41 includes an antenna and a communication circuit. Although an antenna is not specifically limited, For example, it is comprised with a metal material, carbon, etc., and makes | forms forms, such as a coil | winding and a thin film. The communication circuit includes, for example, a transmission circuit for transmitting electromagnetic waves and a modulation circuit having a function of modulating a signal to be transmitted. In addition, the communication circuit may include a down converter circuit having a function of converting a signal frequency to a low level, an up converter circuit having a function of converting a signal frequency to a large level, an amplifier circuit having a function of amplifying a signal, and the like. Good.

[記憶部]
記憶部42は、磁気センサー2の検出結果、振動センサー3の検出結果等の情報を記憶する機能を有する。この記憶された情報は、前述した通信部41で無線送信される。これにより、通信部41が所定時間に亘る磁気センサー2および振動センサー3の検出結果を一括して無線送信することができる。
[Storage unit]
The storage unit 42 has a function of storing information such as the detection result of the magnetic sensor 2 and the detection result of the vibration sensor 3. This stored information is wirelessly transmitted by the communication unit 41 described above. Thereby, the communication part 41 can carry out the radio transmission of the detection result of the magnetic sensor 2 and the vibration sensor 3 over predetermined time collectively.

このような記憶部42は、特に限定されず、不揮発性メモリ、揮発性メモリのいずれも用いることができるが、電力を供給しなくても情報を記憶した状態を保持することができ、省電力化を図ることができるという観点から、不揮発性メモリを用いるのが好ましく、特に、省電力で情報の読み書きができるという観点から、フラッシュメモリを用いるのが好ましい。   Such a storage unit 42 is not particularly limited, and either a non-volatile memory or a volatile memory can be used. However, a state in which information is stored can be maintained without supplying power, thereby saving power. It is preferable to use a non-volatile memory from the viewpoint that the memory can be realized, and it is particularly preferable to use a flash memory from the viewpoint that information can be read and written with power saving.

[制御部]
制御部43は、センサー装置4を構成する各部等を制御したり、必要に応じて磁気センサー2および振動センサー3の検出結果に関する情報を処理したりする機能を有する。この制御部43は、例えば、MPUで構成されている。なお、この制御部43は、後述する収集装置5の制御部53と同様、磁気センサー2および振動センサー3の検出結果を用いて、構造体Bの健全度を判定してもよい。この場合、その判定結果に関する情報を通信部41で送信すればよい。
[Control unit]
The control unit 43 has a function of controlling each unit constituting the sensor device 4 and processing information on detection results of the magnetic sensor 2 and the vibration sensor 3 as necessary. The control unit 43 is configured by an MPU, for example. In addition, this control part 43 may determine the soundness level of the structure B using the detection result of the magnetic sensor 2 and the vibration sensor 3 similarly to the control part 53 of the collection apparatus 5 mentioned later. In this case, information regarding the determination result may be transmitted by the communication unit 41.

以上、センサー装置4の構成について説明した。このように構成されたセンサー装置4を駆動する電源としては、特に限定されないが、例えば、商用電源、太陽電池に接続された二次電池等を用いることができる。   The configuration of the sensor device 4 has been described above. Although it does not specifically limit as a power supply which drives the sensor apparatus 4 comprised in this way, For example, the secondary battery etc. which were connected to the commercial power supply and the solar cell can be used.

以上説明したようなセンサー装置4によれば、通信部41が複数の磁気センサー2の検出結果を無線送信することにより、磁気センサー2が複数ある場合においても、磁気センサー2の検出結果を収集装置5にて容易に収集することができる。   According to the sensor device 4 as described above, the communication unit 41 wirelessly transmits the detection results of the plurality of magnetic sensors 2, so that the detection results of the magnetic sensors 2 can be collected even when there are a plurality of magnetic sensors 2. 5 can be easily collected.

また、通信部41が電池からの電力により駆動する場合、商用電源が無い環境下においても、磁気センサー2を用いて構造体Bからの磁場を検出し、その検出結果を用いて構造体Bの健全度のモニタリングを行うことができる。   Further, when the communication unit 41 is driven by power from the battery, the magnetic sensor 2 is used to detect the magnetic field from the structure B even in an environment without a commercial power source, and the detection result is used to detect the structure B. Soundness can be monitored.

(収集装置)
図2に示すように、収集装置5は、前述したセンサー装置4からの情報(磁気センサー2および振動センサー3の検出結果等の情報)を受信する通信部51と、記憶部52と、制御部53と、を有する。
(Collector)
As shown in FIG. 2, the collection device 5 includes a communication unit 51 that receives information from the sensor device 4 (information such as detection results of the magnetic sensor 2 and the vibration sensor 3), a storage unit 52, and a control unit. 53.

[通信部]
図2に示す通信部51は、前述したように無線送信された測定情報を受信する機能を有する。この通信部51は、図示しないが、前述した通信部41と同様のアンテナと、通信回路とを有する。通信部51の通信回路は、例えば、電磁波を受信するための受信回路と、受信する信号を復調する機能を有する復調回路と、を有する。また、通信部51の通信回路は、信号の周波数を小さく変換する機能を有するダウンコンバータ回路、信号の周波数を大きく変換する機能を有するアップコンバータ回路、信号を増幅する機能を有する増幅回路等を有していてもよい。
[Communication Department]
The communication unit 51 illustrated in FIG. 2 has a function of receiving measurement information transmitted wirelessly as described above. Although not shown, the communication unit 51 includes the same antenna and communication circuit as the communication unit 41 described above. The communication circuit of the communication unit 51 includes, for example, a reception circuit for receiving electromagnetic waves and a demodulation circuit having a function of demodulating a received signal. The communication circuit of the communication unit 51 includes a down-converter circuit having a function of converting a signal frequency to a low level, an up-converter circuit having a function of converting a signal frequency to a high level, and an amplifier circuit having a function of amplifying a signal. You may do it.

[記憶部]
記憶部52は、測定情報、後述するような健全度の判定に用いるプログラムやデータ(例えば構造体Bの固有振動に関する振動データ)、得られた健全度に関する判定結果等の情報を記憶する機能を有する。この記憶部52は、特に限定されず、不揮発性メモリ、揮発性メモリのいずれも用いることができる。
[Storage unit]
The storage unit 52 has a function of storing information such as measurement information, programs and data used for determination of soundness as described later (for example, vibration data related to the natural vibration of the structure B), and determination results regarding the obtained soundness. Have. The storage unit 52 is not particularly limited, and either a non-volatile memory or a volatile memory can be used.

[制御部]
制御部53は、収集装置5を構成する各部等を制御したり、測定情報を処理したりする機能を有する。この制御部53は、例えば、MPUで構成されている。
[Control unit]
The control unit 53 has a function of controlling each unit constituting the collection device 5 and processing measurement information. The control unit 53 is configured by an MPU, for example.

特に、制御部53は、磁気センサー2および振動センサー3の検出結果を用いて、構造体Bの健全度を判定する「判定部」としての機能を有する。なお、かかる健全度の判定については、後述する構造体モニタリング方法の説明とともに詳述する。   In particular, the control unit 53 has a function as a “determination unit” that determines the soundness of the structure B using the detection results of the magnetic sensor 2 and the vibration sensor 3. The determination of the soundness level will be described in detail together with a description of a structure monitoring method described later.

以上、収集装置5の構成について説明した。このように構成された収集装置5を駆動する電源としては、特に限定されないが、例えば、商用電源、太陽電池に接続された二次電池等を用いることができる。   The configuration of the collection device 5 has been described above. Although it does not specifically limit as a power supply which drives the collection apparatus 5 comprised in this way, For example, the secondary battery etc. which were connected to the commercial power supply and the solar cell can be used.

≪構造体モニタリング方法≫
以下、本発明の構造体モニタリング方法について、前述したシステム1を使用する場合を例に説明する。
≪Structure monitoring method≫
Hereinafter, the structure monitoring method of the present invention will be described by taking the case of using the above-described system 1 as an example.

図7は、構造体に含まれる金属部の歪みとそれに伴って生じる磁場の強度との関係を示すグラフである。図8は、磁気センサーによる検出磁場と振動センサーによる検出振動量との関係を示すグラフである。   FIG. 7 is a graph showing the relationship between the distortion of the metal part included in the structure and the strength of the magnetic field generated therewith. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the magnetic field detected by the magnetic sensor and the amount of vibration detected by the vibration sensor.

構造体Bに含まれる金属部STは、一般に、軟鉄に代表される一般構造用鉄鋼材で構成されているため、強磁性を呈する。そして、このような金属部STは、図7に示すように、金属疲労(歪み)に伴って、金属部STから生じる磁場が変化する。より具体的には、金属疲労(歪み)の進行に伴って、金属部STから生じる磁場が大きくなる。このようなことから、磁気センサー2の検出結果を用いて、金属部STの疲労度を判定することができる。   Since the metal part ST included in the structure B is generally composed of a general structural steel material typified by soft iron, it exhibits ferromagnetism. In such a metal part ST, as shown in FIG. 7, the magnetic field generated from the metal part ST changes with metal fatigue (strain). More specifically, the magnetic field generated from the metal part ST increases with the progress of metal fatigue (strain). For this reason, the fatigue level of the metal part ST can be determined using the detection result of the magnetic sensor 2.

また、金属部STの金属疲労が進行すると、構造体Bを一定の力で加振したときの構造体Bの振動量(振幅)が大きくなる。したがって、このような金属疲労と振動量との関係と、前述した図7に示す結果とから、図8に示すように、磁気センサー2の検出結果に基づく金属部STからの磁場が大きくなると、振動センサー3の検出結果に基づく構造体Bの振動量が大きくなる。このようなことから、磁気センサー2によって検出された磁場が大きくなるにしたがって、振動センサー3によって検出された振動量が大きくなっている場合、金属部STの金属疲労に伴って構造体Bの振動量が増加していると判断することができる。また、磁気センサー2によって検出された磁場の変化量に対して、振動センサー3によって検出された振動量が急激に大きくなった場合、金属部STの金属疲労とは異なる要因によって構造体Bの振動量が増加していると判断することができる。また、振動センサー3によって検出された振動量が所定量以上となった後に急激に小さくなった場合、構造体Bが破壊した(構造体Bの振動状態が異常である)と判断することができる。また、金属部STが金属疲労によって破断する場合、金属部STから生じる磁場が急激に大きくなる。したがって、構造体Bが破壊したと判断した場合において、磁気センサー2によって検出された磁場が急激に増加したとき、構造体Bの破壊の原因が金属部STの金属疲労(金属部STの破断)によるものと判断することができる。また、構造体Bの劣化が進行すると、構造体Bの固有振動数が小さくなるため、予め設定された構造体Bの振動データと、振動センサー3によって検出された振動の周波数とに基づいて、構造体Bの劣化の進行度を判定することもできる。   Further, when the metal fatigue of the metal part ST proceeds, the vibration amount (amplitude) of the structure B when the structure B is vibrated with a constant force increases. Therefore, when the magnetic field from the metal part ST based on the detection result of the magnetic sensor 2 increases as shown in FIG. 8 from the relationship between the metal fatigue and the vibration amount and the result shown in FIG. 7 described above, The amount of vibration of the structure B based on the detection result of the vibration sensor 3 increases. For this reason, when the amount of vibration detected by the vibration sensor 3 increases as the magnetic field detected by the magnetic sensor 2 increases, the vibration of the structure B is accompanied by metal fatigue of the metal part ST. It can be determined that the amount is increasing. Further, when the vibration amount detected by the vibration sensor 3 suddenly increases with respect to the change amount of the magnetic field detected by the magnetic sensor 2, the vibration of the structure B is caused by a factor different from the metal fatigue of the metal part ST. It can be determined that the amount is increasing. In addition, when the vibration amount detected by the vibration sensor 3 rapidly decreases after the predetermined amount or more, it can be determined that the structure B is broken (the vibration state of the structure B is abnormal). . Further, when the metal part ST breaks due to metal fatigue, the magnetic field generated from the metal part ST increases rapidly. Therefore, when it is determined that the structure B has been destroyed, when the magnetic field detected by the magnetic sensor 2 has increased abruptly, the cause of the destruction of the structure B is metal fatigue of the metal part ST (breakage of the metal part ST). It can be determined that Moreover, since the natural frequency of the structure B decreases as the deterioration of the structure B progresses, based on the vibration data of the structure B set in advance and the vibration frequency detected by the vibration sensor 3, The degree of progress of the deterioration of the structure B can also be determined.

以上のようにして構造体Bの健全度を判定することができる。以下、前述したシステム1の使用方法について説明する。   The soundness level of the structure B can be determined as described above. Hereinafter, a method of using the system 1 described above will be described.

図9は、図1に示す構造体モニタリングシステムの使用方法(構造体モニタリング方法)を説明するためのフローチャートである。   FIG. 9 is a flowchart for explaining a method of using the structure monitoring system shown in FIG. 1 (structure monitoring method).

図9に示すように、構造体モニタリングシステムの使用方法(構造体モニタリング方法)は、[1]磁気センサー2を用意する工程(ステップS1)と、[2]磁気センサー2を構造体Bに取り付ける工程(ステップS2)と、[3]金属部STの金属疲労に伴う磁場の変化を磁気センサー2で検出する工程(ステップS3)と、[4]磁気センサー2の検出結果を用いて、構造体Bの健全度を判定する工程(ステップS4)と、を有する。   As shown in FIG. 9, the method for using the structure monitoring system (structure monitoring method) includes [1] a step of preparing the magnetic sensor 2 (step S1) and [2] attaching the magnetic sensor 2 to the structure B. Step (Step S2), [3] Step (Step S3) of detecting a magnetic field change due to metal fatigue of the metal part ST by the magnetic sensor 2, and [4] Structure using the detection result of the magnetic sensor 2. And a step of determining the soundness level of B (step S4).

ステップS1では、前述したように構成された磁気センサー2を用意する。このとき、前述したように構成されたセンサー装置4および収集装置5を用意する。なお、磁気センサー2のみを用意し、ステップS2の後かつステップS3の前に、センサー装置4を組み立てるとともに、収集装置5を用意してもよい。   In step S1, the magnetic sensor 2 configured as described above is prepared. At this time, the sensor device 4 and the collecting device 5 configured as described above are prepared. Note that only the magnetic sensor 2 may be prepared, the sensor device 4 may be assembled, and the collection device 5 may be prepared after step S2 and before step S3.

ステップS2では、前述したように磁気センサー2を構造体Bに取り付ける。このとき、振動センサー3も前述したように構造体Bに取り付ける。ここで、これらのセンサーの取り付けは、コンクリート部Cの硬化前にセンサーを埋め込むことで行ってもよいし、硬化後のコンクリート部Cを穿孔してセンサーを埋め込むことで行ってもよい。   In step S2, the magnetic sensor 2 is attached to the structure B as described above. At this time, the vibration sensor 3 is also attached to the structure B as described above. Here, the attachment of these sensors may be performed by embedding the sensor before the concrete portion C is cured, or may be performed by perforating the concrete portion C after curing and embedding the sensor.

ステップS3では、センサー装置4を動作させて、磁気センサー2による磁気検出を行う。これにより、金属部STからの磁場を磁気センサー2で検出することができる。このとき、振動センサー3による振動検出も行う。これにより、構造体Bの振動を検出することができる。ここで、振動センサー3による振動検出の際、構造体Bに対して外部の装置または器具から所定の力で加振を行って振動検出を行ってもよいし、構造体Bの自然振動(固有振動)を振動センサー3で検出してもよい。磁気センサー2および振動センサー3の検出結果は、センサー装置4から収集装置5へ送信され、収集装置5に収集される。   In step S <b> 3, the sensor device 4 is operated to perform magnetic detection by the magnetic sensor 2. Thereby, the magnetic field from the metal part ST can be detected by the magnetic sensor 2. At this time, vibration detection by the vibration sensor 3 is also performed. Thereby, the vibration of the structure B can be detected. Here, at the time of vibration detection by the vibration sensor 3, vibration detection may be performed by exciting the structure B with a predetermined force from an external device or instrument, or natural vibration of the structure B (inherent Vibration) may be detected by the vibration sensor 3. The detection results of the magnetic sensor 2 and the vibration sensor 3 are transmitted from the sensor device 4 to the collection device 5 and collected by the collection device 5.

ステップS4では、収集装置5にて、前述したように、磁気センサー2および振動センサー3の検出結果を用いて、構造体Bの健全度を判定する。
以上のようにして、構造体Bの健全度を判定することができる。
In step S4, the collection device 5 determines the soundness of the structure B using the detection results of the magnetic sensor 2 and the vibration sensor 3 as described above.
As described above, the soundness level of the structure B can be determined.

以上説明したようなシステム1によれば、アルカリ金属原子のエネルギー遷移の特性を用いて、金属部STを含む構造体Bからの磁場(より具体的には、金属部STから金属疲労に伴って生じる磁場)の強度を検出する磁気センサー2を用いて、構造体Bの金属部STの疲労状態を検出することができる。そのため、構造体Bの健全度の判定結果に金属部STの疲労状態に関する情報を含めることができ、その結果、金属部STを含む構造体Bの健全度をより正確にモニタリングすることができる。   According to the system 1 as described above, the magnetic field from the structure B including the metal part ST (more specifically, from the metal part ST to the metal fatigue using the energy transition characteristics of the alkali metal atoms. The fatigue state of the metal part ST of the structure B can be detected using the magnetic sensor 2 that detects the intensity of the generated magnetic field). Therefore, information on the fatigue state of the metal part ST can be included in the determination result of the soundness level of the structure B, and as a result, the soundness level of the structure B including the metal part ST can be monitored more accurately.

また、前述したように、収集装置5の制御部53は、磁気センサー2の検出結果に加えて、振動センサー3の検出結果を用いて、構造体Bの健全度を判定する。これにより、構造体Bの健全度の判定結果に構造体B全体の振動異常の有無に関する情報を含めることができる。   Further, as described above, the control unit 53 of the collection device 5 determines the soundness level of the structure B using the detection result of the vibration sensor 3 in addition to the detection result of the magnetic sensor 2. Thereby, the information regarding the presence or absence of vibration abnormality of the whole structure B can be included in the determination result of the soundness level of the structure B.

また、制御部53は、振動センサー3の検出結果と、記憶部52に記憶された振動データとを比較し、その比較結果を用いて、健全度を判定する。これにより、構造体B全体の振動異常の有無を簡単かつ正確に判定して構造体Bの健全度の判定結果に含めることができる。   Moreover, the control part 53 compares the detection result of the vibration sensor 3, and the vibration data memorize | stored in the memory | storage part 52, and determines a soundness degree using the comparison result. Thereby, the presence or absence of vibration abnormality of the whole structure B can be determined easily and accurately and included in the determination result of the soundness level of the structure B.

<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態を説明する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described.

図10は、本発明の第2実施形態に係る構造体モニタリングシステムに用いる磁気センサーの概略構成を示す図である。   FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of a magnetic sensor used in the structure monitoring system according to the second embodiment of the present invention.

以下、第2実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。   Hereinafter, the second embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted.

第2実施形態は、磁気センサーの構成が異なる以外は、第1実施形態と同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。   The second embodiment is the same as the first embodiment except that the configuration of the magnetic sensor is different. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to embodiment mentioned above.

本実施形態で用いる磁気センサー2Aは、光源部222Aと、偏光板261と、ハーフミラー262と、原子セル221と、ミラー263と、偏光分離器264と、光検出部225aと、光検出部225bと、を有する。なお、図10では、説明の便宜上、互いに直交する3つの軸としてx軸、y軸およびz軸が矢印で図示されており、その矢印の先端側を「+」、基端側を「−」とし、x軸に平行な方向を「x軸方向」、y軸に平行な方向を「y軸方向」、z軸に平行な方向を「z軸方向」という。   The magnetic sensor 2A used in this embodiment includes a light source unit 222A, a polarizing plate 261, a half mirror 262, an atomic cell 221, a mirror 263, a polarization separator 264, a light detection unit 225a, and a light detection unit 225b. And having. In FIG. 10, for convenience of explanation, the x axis, the y axis, and the z axis are indicated by arrows as three axes orthogonal to each other, and “+” indicates the tip side of the arrow and “−” indicates the base end side. The direction parallel to the x-axis is referred to as “x-axis direction”, the direction parallel to the y-axis is referred to as “y-axis direction”, and the direction parallel to the z-axis is referred to as “z-axis direction”.

光源部222Aは、原子セル221内のアルカリ金属の吸収線に応じた波長の光を出射する。この光源部222Aとしては、前述したような光を出射し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、垂直共振器面発光レーザー(VCSEL)等の半導体レーザー等を用いることができる。   The light source unit 222 </ b> A emits light having a wavelength corresponding to the alkali metal absorption line in the atomic cell 221. The light source unit 222A is not particularly limited as long as it can emit light as described above. For example, a semiconductor laser such as a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) can be used.

偏光板261は、光源部222Aからの光を特定方向に偏光させ、直線偏光にする素子である。   The polarizing plate 261 is an element that polarizes light from the light source unit 222A in a specific direction to make linearly polarized light.

ハーフミラー262は、光源部222Aから−z軸方向に向かう光を透過し、原子セル221から+z軸方向に向かう光を偏光分離器264に向かう方向に反射する素子である。ハーフミラー262は、例えば、部分偏光ビームスプリッター、または、偏光方位によらず透過率が一定になる無偏光ビームスプリッターである。   The half mirror 262 is an element that transmits light traveling in the −z-axis direction from the light source unit 222 </ b> A and reflects light traveling in the + z-axis direction from the atomic cell 221 in the direction toward the polarization separator 264. The half mirror 262 is, for example, a partially polarized beam splitter or a non-polarized beam splitter whose transmittance is constant regardless of the polarization direction.

ミラー263は、原子セル221を透過した光源部222Aからの光を反射し、再度原子セル221に入射する素子である。ミラー263は、金属膜または誘電体多層膜を用いた反射面を有する。   The mirror 263 is an element that reflects the light from the light source unit 222 </ b> A that has passed through the atomic cell 221 and enters the atomic cell 221 again. The mirror 263 has a reflective surface using a metal film or a dielectric multilayer film.

偏光分離器264は、入射した光を、互いに直交する2つの偏光成分の光に分離する素子である。偏光分離器264は、例えば、ウォラストンプリズムまたは偏光ビームスプリッターである。   The polarization separator 264 is an element that separates incident light into light of two polarization components orthogonal to each other. The polarization separator 264 is, for example, a Wollaston prism or a polarization beam splitter.

光検出部225aおよび光検出部225bは、それぞれ、光源部222Aからの光の波長に感度を有する検出器である。   Each of the light detection unit 225a and the light detection unit 225b is a detector having sensitivity to the wavelength of light from the light source unit 222A.

このような構成を有する磁気センサー2Aでは、光源部222Aから出射した光は、偏光板261により、偏光度がより高い直線偏光になる。偏光された光は、ハーフミラー262を透過し、原子セル221に入射する。そして、原子セル221に入射した光は、原子セル221に封入されているアルカリ金属原子を励起(光ポンピング)する。このとき、光は、磁場の強さに応じた偏光面回転作用を受けて偏光面が回転する。原子セル221を透過した光は、ミラー263で反射し、再び原子セル221に入射する。そして、原子セル221に入射した光は、再度、偏光面回転作用を受ける。原子セル221を透過した光は、ハーフミラー262で反射し、偏光分離器264により2つの偏光成分の光に分離される。2つの偏光成分の光の強度は、光検出部225aおよび光検出部225bでそれぞれ検出される。   In the magnetic sensor 2 </ b> A having such a configuration, the light emitted from the light source unit 222 </ b> A becomes linearly polarized light having a higher degree of polarization by the polarizing plate 261. The polarized light passes through the half mirror 262 and enters the atomic cell 221. Then, the light incident on the atomic cell 221 excites the alkali metal atoms enclosed in the atomic cell 221 (optical pumping). At this time, the polarization plane of light is rotated by receiving the polarization plane rotation action corresponding to the strength of the magnetic field. The light transmitted through the atomic cell 221 is reflected by the mirror 263 and enters the atomic cell 221 again. The light incident on the atomic cell 221 is again subjected to the polarization plane rotation action. The light transmitted through the atomic cell 221 is reflected by the half mirror 262 and separated into two polarized light components by the polarization separator 264. The light intensities of the two polarization components are detected by the light detection unit 225a and the light detection unit 225b, respectively.

ここで、磁場測定のための原子と光の相互作用(偏光面回転作用)は、基本的には、ポンプ過程、歳差運動過程およびプローブ過程の3段階に分けられる。以下、各段階における素子の働きについて説明する。   Here, the interaction between atoms and light (polarization plane rotation action) for magnetic field measurement is basically divided into three stages: a pump process, a precession process, and a probe process. Hereinafter, the function of the element at each stage will be described.

例えば、原子セル221内にセシウムが封入され、光源部222Aからの光が、セシウムの超微細構造量子数をF=3の基底状態からF’=4の励起状態に励起させる波長を有し、y軸方向に振動する電場(電場ベクトルEi)を有する直線偏光である場合、セシウムの最外殻電子が励起(光ポンピング)され、セシウム原子の角運動量(より正確にはスピン角運動量)が、入射光の電場に沿って偏って分布する。このとき、入射光の電場がy軸方向に沿って振動しているので、角運動量は、主に+y軸方向および−y軸方向に偏って分布する。すなわち、光ポンピングされたセシウム原子は、+y軸方向および−y軸方向という反平行の2つの角運動量を有する。ここでは、角運動量の分布に生じた異方性を広く「アライメント」といい、角運動量に異方性分布を生じさせることを「アライメントを形成する」という。別の言い方をすると、アライメントを形成することは、磁化させることと同じである。   For example, cesium is enclosed in the atomic cell 221, and the light from the light source unit 222A has a wavelength that excites the ultrafine structure quantum number of cesium from the ground state of F = 3 to the excited state of F ′ = 4, In the case of linearly polarized light having an electric field oscillating in the y-axis direction (electric field vector Ei), the outermost electrons of cesium are excited (optically pumped), and the angular momentum of the cesium atom (more precisely, the spin angular momentum) It is unevenly distributed along the electric field of incident light. At this time, since the electric field of the incident light vibrates along the y-axis direction, the angular momentum is distributed mainly in the + y-axis direction and the -y-axis direction. That is, the optically pumped cesium atom has two anti-parallel angular momentums of + y axis direction and -y axis direction. Here, the anisotropy generated in the distribution of angular momentum is widely referred to as “alignment”, and the generation of the anisotropic distribution in angular momentum is referred to as “forming alignment”. In other words, forming alignment is the same as magnetizing.

光ポンピングにより前述したようにアライメントが形成された状態で、z軸方向に静磁場が印加された場合、静磁場およびアライメントの作用により、セシウム原子は、z軸に平行な軸線(静磁場に平行な軸線)を回転軸として時計回りの回転力を受ける。この回転力により、セシウム原子はxy平面内で回転する。これが歳差運動である。セシウム原子が回転するということは、アライメントが回転するということである。ここで、磁場が印加されていない状態でのアライメントを基準としたアライメントの回転角をαとする。単一の原子についてみると、ポンピングにより生じた角運動量の偏り(励起状態)は時間の経過とともに減少、すなわちアライメントは緩和する。レーザービームはCW光であるので、アライメントの形成と緩和は、同時平行的かつ連続的に繰り返される。その結果、原子の集団全体としてみれば、定常的な(時間平均的な)アライメントが形成される。アライメントの回転角αと角運動量の大きさは、歳差運動の周波数(ラーモア周波数)と、複数の要因で決まる緩和速度とに依存する。   When a static magnetic field is applied in the z-axis direction with the alignment formed as described above by optical pumping, the cesium atoms are parallel to the z-axis by the action of the static magnetic field and the alignment (parallel to the static magnetic field). A clockwise rotation force about the axis of rotation). This rotational force causes the cesium atom to rotate in the xy plane. This is precession. When the cesium atom rotates, the alignment rotates. Here, the rotation angle of the alignment based on the alignment in a state where no magnetic field is applied is α. For a single atom, the angular momentum bias (excited state) caused by pumping decreases with time, that is, the alignment is relaxed. Since the laser beam is CW light, alignment formation and relaxation are repeated in parallel and continuously. As a result, a steady (time-average) alignment is formed as a whole group of atoms. The rotation angle α of the alignment and the magnitude of the angular momentum depend on the precession frequency (Larmor frequency) and the relaxation rate determined by a plurality of factors.

このような定常的アライメントにより、光源部222Aからの光は、原子セル221内において、線形二色性の作用を受ける。アライメントの方向は透過軸であり、この方向の偏光成分は主に透過される。アライメントの方向と垂直な方向は吸収軸であり、この方向の偏光成分は主に吸収される。すなわち、透過軸および吸収軸における光の振幅透過係数をt‖およびt⊥と表すと、t‖>t⊥である。入射光の電場Eiの透過軸成分および吸収軸成分は、EicosαおよびEisinαである。原子セル221を透過した後(セシウム原子と相互作用した後)の電場Eoの透過軸成分および吸収軸成分は、t‖Eicosαおよびt⊥Eisinαである。t‖>t⊥であるから、電場ベクトルEoは、電場ベクトルEiを基準として回転している(すなわち、レーザービームの偏光面は回転する)。この回転角をφとする。   Due to such steady alignment, the light from the light source unit 222 </ b> A is subjected to linear dichroism in the atomic cell 221. The direction of alignment is the transmission axis, and the polarization component in this direction is mainly transmitted. The direction perpendicular to the alignment direction is the absorption axis, and the polarization component in this direction is mainly absorbed. That is, if the amplitude transmission coefficients of light on the transmission axis and the absorption axis are expressed as t‖ and t⊥, t‖> t⊥. The transmission axis component and the absorption axis component of the electric field Ei of incident light are Eicos α and Eisin α. The transmission axis component and absorption axis component of the electric field Eo after passing through the atomic cell 221 (after interacting with the cesium atom) are t‖Eicosα and t⊥Eisinα. Since t‖> t⊥, the electric field vector Eo rotates with reference to the electric field vector Ei (that is, the polarization plane of the laser beam rotates). This rotation angle is assumed to be φ.

なお、より正確には、角運動量がレーザービームの伝播方向に偏る現象(アライメント−オリエンテーション変換、Alignment Orientation Conversion、AOC)が生じ、その結果として、円複屈折による偏光面の回転(ファラデー効果)が起こるが、ここではこの現象は無視して説明する。   More precisely, a phenomenon occurs in which the angular momentum is biased in the propagation direction of the laser beam (Alignment Orientation Conversion, AOC), and as a result, rotation of the polarization plane (Faraday effect) due to circular birefringence occurs. Although this happens, this phenomenon is ignored here.

前述したように定常アライメントにより偏光面回転した光は、偏光分離器264により2つの偏光成分に分離される。例えば、これら2つの偏光成分は、第1検出軸および第2検出軸の2つの軸に沿った成分に分離される。第1検出軸は、偏光面の回転がない場合(φ=0)の偏光面に対して+45°傾いている。第2検出軸は、偏光面の回転がない場合の偏光面に対して−45°傾いている。光検出部225aおよび光検出部225bは、それぞれ第1検出軸および第2検出軸に沿った成分の光量を検出する。原子セル221を透過した光の電場ベクトルEoの第1検出軸成分はEocos(π/4−φ)であり、第2検出軸成分はEosin(π/4−φ)である。ここで、偏光面の回転がほぼゼロの場合(φ≒0)、光検出部225aおよび光検出部225bに入射する光の強度(光量)はほぼ同じである。逆にいうと、光検出部225aおよび光検出部225bに入射する光の光量に差がある場合、偏光面が回転していることが示される。これはすなわち磁場が存在することを意味する。光検出部225aおよび光検出部225bに入射する光の光量の差は、偏光面の回転角φの関数である。光検出部225aおよび光検出部225bの出力信号の差を取ることにより、回転角φの情報が得られる。回転角φは、印加された静磁場の関数である。したがって、回転角φから、印加された静磁場の情報が得られる。   As described above, the light whose polarization plane is rotated by the steady alignment is separated into two polarization components by the polarization separator 264. For example, these two polarization components are separated into components along two axes, a first detection axis and a second detection axis. The first detection axis is inclined + 45 ° with respect to the polarization plane when the polarization plane is not rotated (φ = 0). The second detection axis is inclined by −45 ° with respect to the polarization plane when the polarization plane does not rotate. The light detection unit 225a and the light detection unit 225b detect the light amounts of the components along the first detection axis and the second detection axis, respectively. The first detection axis component of the electric field vector Eo of the light transmitted through the atomic cell 221 is Eocos (π / 4-φ), and the second detection axis component is Eosin (π / 4-φ). Here, when the rotation of the polarization plane is almost zero (φ≈0), the intensity (light quantity) of light incident on the light detection unit 225a and the light detection unit 225b is substantially the same. Conversely, if there is a difference in the amount of light incident on the light detection unit 225a and the light detection unit 225b, it indicates that the plane of polarization is rotating. This means that there is a magnetic field. The difference in the amount of light incident on the light detection unit 225a and the light detection unit 225b is a function of the rotation angle φ of the polarization plane. By calculating the difference between the output signals of the light detection unit 225a and the light detection unit 225b, information on the rotation angle φ can be obtained. The rotation angle φ is a function of the applied static magnetic field. Therefore, information on the applied static magnetic field can be obtained from the rotation angle φ.

以上説明したような磁気センサー2Aは、アルカリ金属原子の非線形磁気光学効果を用いて磁場の強度を検出する。これにより、磁気センサー2Aを用いて、金属部STからの磁場を高精度に検出することができる。   The magnetic sensor 2A described above detects the strength of the magnetic field using the nonlinear magneto-optical effect of alkali metal atoms. Thereby, the magnetic field from the metal part ST can be detected with high accuracy using the magnetic sensor 2A.

以上、本発明の構造体モニタリングシステムおよび構造体モニタリング方法を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。   Although the structure monitoring system and the structure monitoring method of the present invention have been described based on the illustrated embodiment, the present invention is not limited to this.

例えば、本発明では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。   For example, in the present invention, the configuration of each part can be replaced with any configuration that exhibits the same function, and any configuration can be added.

また、前述した実施形態では、複数のセンサーからの検出結果を1つの通信部で一括して送信する場合を例に説明したが、センサーごとに通信部が設けられていてもよい。この場合、各通信部が収集装置5に情報を送信してもよいし、少なくとも1つの通信部が、親機として機能し、残りの通信部からの送信方法を収集した後に一括して収集装置5へ送信するように構成してもよい。   In the above-described embodiment, the case where the detection results from a plurality of sensors are collectively transmitted by one communication unit has been described as an example. However, a communication unit may be provided for each sensor. In this case, each communication unit may transmit information to the collection device 5, or at least one communication unit functions as a parent device and collects the transmission methods from the remaining communication units in a lump. You may comprise so that it may transmit to 5.

また、前述した実施形態では、各センサーの検出結果を収集装置へ無線送信する場合を例に説明したが、各センサーの検出結果を収集装置へ有線送信してもよい。   In the above-described embodiment, the case where the detection result of each sensor is wirelessly transmitted to the collection device has been described as an example. However, the detection result of each sensor may be wired to the collection device.

1…構造体モニタリングシステム、2、2A、2a、2b、2c…磁気センサー、3、3a、3b、3c…振動センサー、4…センサー装置、5…収集装置、20…本体部、21…パッケージ、22…原子セルユニット、23…支持部材、41…通信部、42…記憶部、43…制御部、51…通信部、52…記憶部、53…制御部、211…基体、212…蓋体、214…端子、221…原子セル、222…光源部、222A…光源部、223…光学部品、224…光学部品、225…光検出部、225a…光検出部、225b…光検出部、226…ヒーター、227…温度センサー、228…基板、229…保持部材、230…接着剤、231…コイル、240…増幅器、241…検波部、242…変調部、243…発振器、244…中心波長制御部、250…検波部、251…発振器、252…変調部、253…発振器、254…周波数変換部、255…検波部、256…発振器、257…変調部、258…発振器、259…変調部、261…偏光板、262…ハーフミラー、263…ミラー、264…偏光分離器、290…変調器、2211…胴体部、2212…光透過部、2213…光透過部、B…構造体、C…コンクリート部、F、F1、F2、F3…床、S…内部空間、S1…内部空間、ST…金属部、W、W1、W2、W3…壁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Structure monitoring system 2, 2A, 2a, 2b, 2c ... Magnetic sensor 3, 3a, 3b, 3c ... Vibration sensor, 4 ... Sensor apparatus, 5 ... Collection apparatus, 20 ... Main-body part, 21 ... Package, 22 ... atomic cell unit, 23 ... support member, 41 ... communication unit, 42 ... storage unit, 43 ... control unit, 51 ... communication unit, 52 ... storage unit, 53 ... control unit, 211 ... base, 212 ... lid 214 ... Terminal, 221 ... Atom cell, 222 ... Light source unit, 222A ... Light source unit, 223 ... Optical component, 224 ... Optical component, 225 ... Photodetection unit, 225a ... Photodetection unit, 225b ... Photodetection unit, 226 ... Heater 227 ... Temperature sensor, 228 ... Substrate, 229 ... Holding member, 230 ... Adhesive, 231 ... Coil, 240 ... Amplifier, 241 ... Detector, 242 ... Modulator, 243 ... Oscillator, 244 ... Center Length control unit, 250 ... detection unit, 251 ... oscillator, 252 ... modulation unit, 253 ... oscillator, 254 ... frequency conversion unit, 255 ... detection unit, 256 ... oscillator, 257 ... modulation unit, 258 ... oscillator, 259 ... modulation unit , 261 ... Polarizing plate, 262 ... Half mirror, 263 ... Mirror, 264 ... Polarization separator, 290 ... Modulator, 2211 ... Body part, 2212 ... Light transmission part, 2213 ... Light transmission part, B ... Structure, C ... Concrete part, F, F1, F2, F3 ... floor, S ... internal space, S1 ... internal space, ST ... metal part, W, W1, W2, W3 ... wall

Claims (12)

アルカリ金属原子のエネルギー遷移の特性を用いて、金属部を含む構造体からの磁場の強度を検出する磁気センサーと、
前記磁気センサーの検出結果を用いて、前記構造体の健全度を判定する判定部と、を備えることを特徴とする構造体モニタリングシステム。
A magnetic sensor that detects the strength of a magnetic field from a structure including a metal part using the energy transition characteristics of alkali metal atoms;
A structure monitoring system comprising: a determination unit configured to determine a soundness level of the structure using a detection result of the magnetic sensor.
前記構造体の振動を検出する振動センサーを備え、
前記判定部は、前記磁気センサーの検出結果に加えて、前記振動センサーの検出結果を用いて、前記健全度を判定する請求項1に記載の構造体モニタリングシステム。
Comprising a vibration sensor for detecting the vibration of the structure,
The structure monitoring system according to claim 1, wherein the determination unit determines the soundness level using a detection result of the vibration sensor in addition to a detection result of the magnetic sensor.
前記構造体の固有振動に関する振動データを記憶する記憶部を備え、
前記判定部は、前記振動センサーの検出結果と前記振動データとを比較し、その比較結果を用いて、前記健全度を判定する請求項2に記載の構造体モニタリングシステム。
A storage unit for storing vibration data relating to the natural vibration of the structure;
The structure monitoring system according to claim 2, wherein the determination unit compares a detection result of the vibration sensor with the vibration data, and determines the soundness level using the comparison result.
前記判定部は、前記磁気センサーの検出結果を用いて、前記金属部の疲労度を判定する請求項1ないし3のいずれか1項に記載の構造体モニタリングシステム。   The structure monitoring system according to any one of claims 1 to 3, wherein the determination unit determines a fatigue level of the metal portion using a detection result of the magnetic sensor. 前記磁気センサーは、
アルカリ金属が封入されている原子セルと、
前記原子セルに光を照射する光源部と、
前記原子セルを透過した前記光を検出する光検出部と、を有し、
前記原子セル、前記光源部および前記受光部を含んでユニット化された本体部が前記構造体に取り付けられる請求項1ないし4のいずれか1項に記載の構造体モニタリングシステム。
The magnetic sensor is
An atomic cell encapsulating an alkali metal;
A light source unit for irradiating light to the atomic cell;
A light detection unit for detecting the light transmitted through the atomic cell,
5. The structure monitoring system according to claim 1, wherein a main body unit including the atomic cell, the light source unit, and the light receiving unit is attached to the structure. 6.
前記磁気センサーは、前記光源部および前記光検出部に電気的に接続されている回路部と、を有し、
前記回路部は、前記本体部と分離している請求項5に記載の構造体モニタリングシステム。
The magnetic sensor has a circuit unit electrically connected to the light source unit and the light detection unit,
The structure monitoring system according to claim 5, wherein the circuit unit is separated from the main body unit.
前記原子セルと前記金属部が並ぶ方向から見たとき、前記原子セルが前記金属部に包含されている請求項5または6に記載の構造体モニタリングシステム。   The structure monitoring system according to claim 5 or 6, wherein the atomic cell is included in the metal part when viewed from a direction in which the atomic cell and the metal part are arranged. 前記磁気センサーの検出結果を無線送信する通信部を備える請求項1ないし7のいずれか1項に記載の構造体モニタリングシステム。   The structure monitoring system according to claim 1, further comprising a communication unit that wirelessly transmits a detection result of the magnetic sensor. 前記通信部は、電池からの電力により駆動する請求項8に記載の構造体モニタリングシステム。   The structure monitoring system according to claim 8, wherein the communication unit is driven by electric power from a battery. 前記磁気センサーは、前記アルカリ金属原子の非線形磁気光学効果を用いて磁場の強度を検出する請求項1ないし9のいずれか1項に記載の構造体モニタリングシステム。   The structure monitoring system according to claim 1, wherein the magnetic sensor detects a magnetic field intensity using a nonlinear magneto-optical effect of the alkali metal atom. 前記磁気センサーは、前記アルカリ金属原子の電磁誘起透過現象を用いて磁場の強度を検出する請求項1ないし9のいずれか1項に記載の構造体モニタリングシステム。   The structure monitoring system according to claim 1, wherein the magnetic sensor detects the intensity of a magnetic field using an electromagnetically induced transmission phenomenon of the alkali metal atom. アルカリ金属原子のエネルギー遷移の特性を用いて、磁場の強度を検出する磁気センサーを用意する工程と、
金属部を含む構造体に前記磁気センサーを取り付ける工程と、
前記金属部の疲労に伴う磁場の変化を前記磁気センサーを用いて検出する工程と、
前記磁気センサーの検出結果を用いて、前記構造体の健全度を判定する工程と、を有することを特徴とする構造体モニタリング方法。
Preparing a magnetic sensor for detecting the strength of the magnetic field using the energy transition characteristics of alkali metal atoms;
Attaching the magnetic sensor to a structure including a metal part;
Detecting a change in the magnetic field due to fatigue of the metal part using the magnetic sensor;
And a step of determining a soundness level of the structure using a detection result of the magnetic sensor.
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US10145909B2 (en) * 2014-11-17 2018-12-04 Seiko Epson Corporation Magnetism measuring device, gas cell, manufacturing method of magnetism measuring device, and manufacturing method of gas cell
TWI606940B (en) * 2016-09-30 2017-12-01 Tire pressure sensor can set data sending device with different working frequency

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JP7446249B2 (en) 2021-02-01 2024-03-08 株式会社日立製作所 Monitoring and diagnostic equipment for electromagnetic equipment
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